​孟颖等ACS Energy Letters：克服无机全固态电池中磷酸铁锂界面的挑战

全固态电池（ASSB）是目前最有前途的储能系统之一，可实现电池高安全、高比能的目标。理想情况下，这些系统应减少对关键材料的依赖充分利用低成本的电极材料，追求无钴和无镍的电解材料，如LiFePO₄（LFP），是一个有理想的选择。

但是，LFP在ASSBs中的应用尚未报道，其形态学特征以及阐明LFP/固态电解质（SSE）之间的界面挑战对于提高LFP基ASSBs电化学性能至关重要。

在此，加州大学圣地亚哥分校孟颖教授和Darren H. S. Tan教授等人报告了使用氯化物SSE与LFP正极复合材料的ASSB，其中没有使用溶剂、凝胶或有机分散剂。本文强调了LFP独特的形态和电化学特性、纳米结构特征及其碳涂层，需要使用氯化物SSE实现ASSB的有效地运行。

通过研究LFP与Li₆PS₅Cl（LPSCl）Li₂ZrCl₆（LZC）两种固态电解质的相容性，利用结构、电化学和光谱分析相结合的方法探讨可能存在的氧化分解产物。

结果表明，对于LPSCl，氧化稳定性差，其与高表面积碳包覆LFP不相容，导致电解质过度氧化形成单质硫和磷硫化物进而造成较差的电化学性能。

图1. LPSCl和 LZC的结构及电化学表征

相反，对于LZC，高氧化稳定性和机械变形性促进了稳定的钝化界面和良好的界面接触，使得LFP/LZC复合材料的ASSB在1C条件下的循环性能延长到1000次（80%保持率）且不需要升温条件。

表明界面正极复合设计对高性能ASSB的重要性，并强调了在未来的SSE选择方法中需要考虑正极的形态学表面以及电化学性能。

图2. LFP复合半电池的电化学性能

Overcoming the Interfacial Challenges of LiFePO4 in Inorganic All-Solid-State Batteries，ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.2c02138